汽车焊装夹具CATIA三维设计

前言

    CAD(CAD即计算机辅助设计)/CAM(CAM即计算机辅助制造)市场一个重要的变化就是微机平台的三维造型软件开始崭露头角。从企业应用情况来看，二维CAD占据较大的份额，软件应用大多停留在低层次的绘图而不是设计工作上。随着应用水平的提高，基于三维CAD)进行设计的优势已显现出来。目前三维造型软件仍以国外厂家为主。国产CAD/CAM软件与国外竞争最大优势就是服务，这种服务既有售前普及化服务和售后的本地化服务，又有由此延伸出来的一系列增值服务。应用推广，三维造型软件这样复杂产品特别需要优质的服务。目前来看，国内的CAD/CAM软件市场经过商家激烈竞争的洗礼，已经变得更加理性和成熟。广大用户已经能够根据自己的需要和软件的功能、价格、服务、升级、兼容性，以及软件公司的发展前景作出正确的选择。

    在汽车行业，以往业主提供的供设计使用的数模是五花八门，有：CATIA格式、PR-E格式、UG格式等等。使得我们的设计工具也是五花八门。对此我们也深深感受到自己设计上需要一种能解决这种问题的办法。经过我们多年的设计体会及设计人员的深入交流、分析、比较和总结，我们认为如何灵活、科学运用软件来适合、指导我们的设计工作是我们所重点关注的问题。它既能立足于我们现在的设计现状，并且又能和多个三维软件进行数据的共享、运用。

    在初步了解了一些三维软件在其他专业厂家的一些使用效果后，我们觉得将它作为我们发展的一个重点是可行的。

    由于在车身焊装夹具中，各公司的做法不一，也没有现成的经验可以学习，我们在焊装夹具设计中作了几点探索。

一．数据管理（文件夹的管理）

    我们在2005年下半年的《某公司焊装车间项目》中使用CATIA软件完成焊装夹具的三维设计（概念设计）、详细设计、工程图生成（二维设计）、焊钳模拟、运动分析等；所有的设计工作都是在CATIA平台上完成。

    项目开始前期，我们认真分析了CATIA软件平台的一些功能和数据管理方法，初步建立了以《文件夹》管理数据的方法，大致的结构如下：首先针对项目；如：《项目》文件夹，里面有很多的管理项目，如《合同》文件夹，《技术协议》文件夹，《外购件》文件夹、《夹具》文件夹等等；其他的文件夹管理大家都用的很多了，估计都很清楚，不再一一细说。

    下面，那么我重点说说《夹具》文件夹中的文件管理，在该文件中，首先要有一个《数据管理》文件夹，它里面保存我们说要设计的夹具的基本的主要信息，夹具清单及要求；因为我们基本上是个人单机设计方式，其他的文件夹也就是各个夹具名称的文件夹，如 （CH750）文件夹……，每一个这样的文件夹中如果是协同设计，也就是联网设计，文件夹（CH750）为总的数据文件夹。该文件夹包含文件夹（Model），文件夹（CH750jig），文件夹（Worker），文件夹（Weld gun），文件夹（Common）等等与夹具组成有关的数据。

    在下一级夹具文件夹中如：文件夹（CH750jig）中有夹具中的组成部分文件夹（CH750.01）、（CH750.02）、（CH750.03）……，还有（CH750.base）……。当然了，这样在夹具（CH750jig）的文件夹中，数据以及各部分的所属关系是十分明确的。如下图一（文件存储）：

图一 （文件存储）

在夹具图形中也是如此，见图二（设计图形中管理）：

图二 （设计图形中管理）

    这些是设计思路的整理，先整理出一个十分清晰的设计思路，各个部分是什么作用，对于设计人员以及审查图形的人来说都是十分清楚的。

    在设计中，标准件和外购件的积累是相当重要的，我们在初期积累了一些标准件，如气缸、手动加紧器、L型连接块、铜套、滑轨、轴承等等，见下图三（标准件库管理）：

图三 （标准件库管理）

    那么这些积累对于提高设计速度是非常好的，整理的标准件、标准机构、常用机构、特殊机构及外购件等等，这些资料越多，给设计带来的思路和方法就越宽广。通过这段时间的设计接触，我感觉到这种资料是必须在设计早期要做库文件来长期积累的。

    此外，就是设计过程中对于软件掌握的情况了。对于软件掌握的熟练，也可以大大加快设计的速度和质量。当然了，还要对焊装夹具本身的功能比较清楚。下面是我们初期所做的一些设计如下图四（总装图的设计）：

图四 （总装图的设计）

二．部件（装配组件）设计

    在实体设计的过程中，我们根据我们设计的需要，确定对冲压件进行定位和夹紧的位置，也就是通过前期对汽车焊接冲压件在进行焊接的时候，在哪些位置进行定位，那些位置进行夹紧，可以实现定位的准确和夹紧的可靠，对采用焊机进行焊接非常合理的位置来进行定位和夹紧。当然了，这部分方案设计可以在二维中进行设计或三维中进行设计，不再细谈，就以二维图为例来谈，如下图五（设计方案）：

图五 （设计方案）

    拿到方案图以后。开始进行各个分部件设计，部件是由各个零件组成的，从图二的目录中可以看出。比较好的方法是自顶向下进行设计，针对冲压件的要求，按照图五的方案，对每一个部件进行设计。如图六（部件图）：

图六 （部件图）

    图六中为一个部件的图形，是按照方案，自顶向下进行设计的结果。当然了，按照方案，依据数模，进行设计；从图中也可以看出，装配件是由各个不同的零件组成，主要是完成各个零件的设计，这些零件再按照不同的关系，装配在一起。它们装配的时候依据的关系也称为约束。按照约束关系将它们装配起来。如图七（装配关系图）

图七 （装配关系图）

    对于部件，当完成了关键的零件（定位销、定位型面）设计，接下来就应该是设计的装配情况了，这些要看设计者积累的数据。积累的数据越多，在有些特殊的情况下可以通过比较，选择最优化的方式来实现设计部件的合理性。

三．零件设计

    当然了，从部件的设计中可以看到，部件是由零件组成的，零件设计是主要部分，按照图五方案进行设计，方案中的定位、夹紧点。关键的，与冲压件有直接关系定位、夹紧点，要在车身的坐标下来完成。下面就一个型块举例来说明，如下图八（实体及草图）

图八 （实体及草图）

    数模实体前要先创建草图，在草图绘制器里面完成零件实体的外形设计，见图八；外形设计完成后，返回到实体设计界面，拉伸生成该零件，接下来就是打孔和型面处理。如上图八中的打孔，当零件实体完成后，再利用POCKET  DEFINISION命令来完成开孔的工作。如下图九（实体及延伸到面），对冲压件支撑的型面接触部分，通过PAD  DEFINISION命令来完成,也就是延伸命令，延伸到冲压件表面。

图九 （实体及延伸到面）

    其它零件的设计，和上述讲的零件设计过程雷同，先完成草图，再返回到实体设计界面，将草图元素拉伸成实体。对于零件的设计，主要就是关键零件设计，连接零件设计，机构零件设计等等，这里不再一一细说了。

    这些关键零件一定要严格按照车型数模的原始位置进行设计，设计完成后，特别是这些对设计数据要求特别准确的零件。最好不要按照一个简单的零件设计完成后，再装配，这样会给检测带来不便。

四．总装配组件设计

    完成了各个部件（装配组件）设计，通过装配现有组件的命令（见图十（装配现有组件））将各个部件装配起来，就生成了图四的总装配图。

图十 （装配现有组件）

    总装配图的前提是各个部件的设计都完成了，检查没有问题了，通过装配现有组件将其装配起来。在这里，保证每一个部件里面的坐标系（关键定位形块和定位销坐标都是车身坐标）都是车身坐标，那么只需要将各个部件装配起来，每一个部件的位置都是车身坐标的位置，生成的图形不需要约束，位置都是准确的。当然了，如果设计中不是按照这种设计进行的，也可以通过给每一个部件输入位置参数，使其位于其所在的位置。这样总装配图的设计就完成了。下面是对总装配图的完善。

    总装图设计完成后，夹具的概念图（施工图）形完成到了一个阶段，再将焊钳引入到设计图形中，看看焊接性是不是很好，可能有些设计零部件可能不能很好的满足焊接性，分析不能满足焊接的原因。

1）可能是焊钳选择的不合适，这时候要调整焊钳的型号，选择出合适的焊钳，进行再模拟。焊钳的选择是合适的，这时候要看使用焊钳焊接的方法是不是合适，不合适的要采用正确的焊接方法和焊接工艺。

2）也可能是零部件的设计不合理，这时候要改变这种不合理的结构，更改零部件图形，达到满足焊接性的要求。

3）还有，就是数模在设计的时候，对于冲压件的焊接性缺少考虑，这时候要和数模创建人员交流，更改数模，达到满足焊接性的要求。

总之，设计的夹具要能很好的满足不同工艺的焊接性。

除了焊钳的因素外，还有操作性、人机性能，就是操作者是不是能够很方便的操作，维护等等。各部件的运动是不是干涉？各部分的力学性能是不是满足设计的需要？等等这些问题都要仔细地查找产生的原因，针对问题解决问题。直到使得设计达到完善、准确、合理，这样总装配图的设计就完成完善了。

五．工程图设计（二维图设计）

    当完成了夹具总装配图、部件设计、零件设计、焊钳模拟、运动仿真等等三维设计和分析，确认各个设计的准确性之后，接下来就是对所设计的三维图形进行工程图设计。这里要设计好工程图设计的图签，如A1、A2、A3、A4等等，这个按照设计的要求，最好将图签设计放在工程图设计（Drawing）的“页背景”下进行设计。将工程图的生成放在“工作试图”下进行设计，这样在每一个工程图里面，图形、图签、标注、说明等等各个部分修改和编辑都非常明朗化、理性化、合理化。

    在这些准备完成后，针对我们的具体设计，进行总装配图、部件图、零件图的工程图设计，先将图签生成在页背景下，然后通过View Wizard将三维图生成在工作试图页面下。见图十一（总装配工程图），图十二（部件图，零件图工程图）。

图十一 （总装配工程图）

图十二 （部件图，零件图工程图）

图中的标注是根据我们企业对总装配图、部件图、零件图的尺寸要求，来进行尺寸的标注。完成了以后，对工程图进行校对、检查，确认没有问题了，这些图形就可以提供给制造了，制造单位根据图中的尺寸进行加工、装配等等。

六．结语。

    总体来说使用该软件（CATIA）进行汽车焊装夹具的三维设计，我们收到了一定的成效，在三维设计环境中，设计的数据准确可靠，出错率低，对于夹具的分析和审查工作相当直观，对于适应我单位的汽车焊装夹具三维设计的二次开发来说，收到了我们预期的目的。

    近年来，随着我国正式加入WTO，经济全球化和信息化使我国制造企业竞争环境、发展模式和活动空间等发生了深刻变化。这些变化对我国制造业提出严峻的挑战。CAD/CAM的技术进步始终与工程实际相结合，它在我国的应用和发展必将对制造业产生深远的影响，对提高我国制造业核心竞争力起到举足轻重的作用。CAD技术一直处于不断发展与探索之中，国外CAD技术以惊入的速度向前发展。CAD技术正朝着开放化、集成化、智能化、协同化和标准化方向发展。我国CAD技术研究和应用的水平与发达国家相比仍有很大差距。我们应该清醒认识到先进的设计方法和设计手段是机械制造企业在激烈的市场竞争中获得成功的重要保证。